Die für diese Studie trainierten Spürhunde konnten zwischen Proben infizierter und nicht infizierter Individuen mit einer durchschnittlichen Sensitivität von 83 Prozent und einer Spezifität von 96 Prozent unterscheiden.
Foto: Bundeswehr/Roland Alpers

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Spürhunde identifizieren Proben von COVID-19- Patienten − eine Pilotstudie

An der TiHo Hannover wurde untersucht, ob trainierte Hunde die Proben von SARS-CoV-2-infizierten Patienten von denen nicht infizierter Kontrollen unterscheiden können.

Inhaltsverzeichnis

  • Eine Pilotstudie zeigt: Trainierte Hunde erkennen Proben von COVID-19-Patienten.
  • Spezialisierte Diensthunde konnten innerhalb von nur acht Tagen lernen, positive von negativen Proben zu unterscheiden.
  • Studienleiter Prof. Dr. Holger Volk erklärt im Interview, woher die Idee für die Studie kam und wie es jetzt weitergehen könnte.

Die anhaltende COVID-19-Pandemie zeigt deutlich, dass schnellere und zuverlässigere Tests zur Identifizierung von symptomatischen und vor allem auch asymptomatischen Patienten notwendig sind, um die weitere Ausbreitung der Infektion zu verringern. In aktuellen Tests nimmt geschultes Personal nasopharyngeale Abstriche, welche dann einen reversen Transkriptionspolymerasekettenreaktionstest (RT-PCR) durchlaufen. Diese Tests werden bei Patienten mit verdächtigten Symptomen einer COVID-19-Infektion eingesetzt. Um neben den Infizierten auch asymptomatische und präsymptomatische Personen zu identifizieren, besteht ein Bedarf an schnelleren, zuverlässigen, nichtinvasiven und vielseitigen Tests. Nur so kann die Pandemie eingedämmt werden.

Trainierte Hunde erkennen erregerspezifische Gerüche

Studien aus der Vergangenheit haben gezeigt, dass der ausgeprägte Geruchssinn von Hunden zur Erkennung von verschiedenen Erkrankungen wie Krebs, Malaria oder bakteriellen und viralen Infektionen genutzt werden kann.
Trainierte Hunde haben die Fähigkeit, einen erregerspezifischen Geruch zu erkennen, der sich aus verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic compounds = VOCs) zusammensetzt. Da Viren keinen eigenen Stoffwechsel besitzen, werden die VOCs von den entsprechenden infizierten Zellen durch die metabolischen Wirtsprozesse abgegeben.

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Eine Pilotstudie mit Diensthunden der Bundeswehr

Ziel der Studie

In dieser Studie wurde untersucht, ob trainierte Hunde die Proben von SARS-CoV-2-infizierten Patienten von denen nicht infizierter Kontrollen unterscheiden können.

Inaktivierte Speichelproben von COVID-19-Patienten

Die Untersucher nutzten zum einen Speichelproben von COVID-19-Patienten, die klinische Symptome zeigten und im nasopharyngealen Abstrich auf SARS-CoV-2 positiv diagnostiziert wurden. Die Kontrollgruppe war hingegen SARS-CoV-2-negativ und klinisch unauffällig. Eine Testung auf andere Coronaviren erfolgte nicht.

Alle anonymisierten Proben wurden mit dem RT-PCR SARS-CoV-2-IP4-Test des Institut Pasteur als positiv oder negativ bestätigt. Zusätzlich wurden sie einer Virusquantifizierung (Endpunktverdünnungstest) und einer Virusisolationsanalyse mit Vero E6-Zellen unter Bedingungen der Biosicherheitsstufe 3 unterzogen. Des Weiteren erfolgte eine Inaktivierung mit Beta-Propiolacton, um die Hunde und Trainer vor einer Infektion zu schützen.

Im Hundetraining nutzten die Trainer ausschließlich BPL-inaktivierte Proben von COVID-19-Patienten. Darüber hinaus wurden den Spürhunden sowohl negative Kontrollproben mit als auch ohne vorherige BPL-Behandlung zur Verfügung gestellt, um hydrolysierte BPL als mögliche ablenkende Reagenz auszuschließen.

Detection Dog Training System

Das Training sah folgendermaßen aus: Die Trainer pipettierten 100 μl der Reagenz auf ein Wattepad, welches dann in ein Glasröhrchen gegeben wurde. Die Durchführung der Probenidentifizierung erfolgte an einem Detection Dog Training System (DDTS; Kynoscience UG, Deutschland). Das Detection Dog Training System besteht aus sieben Duftlöchern. Bei jedem Probedurchlauf enthielt nur ein Loch eine SARS-CoV-2-positive Probe, während die anderen sechs Löcher negative Proben aufwiesen. Zeigte der Hund ein Loch mit der positiven Probe an, erhielt er automatisch eine Belohnung (Futter oder Ball). Währenddessen erstellte die Software nach Zufallsprinzip eine neue Position für den nächsten Probendurchlauf und stellte so sicher, dass die Proben in einer randomisierten und automatisierten Weise präsentiert wurden.

Ergebnisse

Die Hundetrainer habituierten die acht Hunde an die Maschine für zwei Wochen und trainierten sie eine Woche lang am DDTS. Nachdem im Training die Hunde zu insgesamt 10.388 Probenpräsentationen exponiert waren, wurde eine kontrollierte doppelgeblindete Studie durchgeführt und ausgewertet.

Innerhalb der randomisierten und automatisierten 1.012 Probenpräsentationen zeigten die Hunde eine durchschnittliche Gesamterkennungsrate von 94 Prozent mit 157 korrekten Hinweisen auf SARS-CoV-2-positiv, 792 richtig negativen, 33 falsch positiven und 30 falsch negativen Hinweisen. Die Hunde unterschieden zwischen infizierten und nicht infizierten Personen mit einer diagnostischen Gesamtsensitivität von 83 Prozent und einer Spezifität von 96 Prozent.

Einsatz von Spürhunden zum Screening auf COVID-19 ist denkbar

Nach einem Training konnten Diensthunde durch ihren ausgeprägten Geruchssinn zwischen infizierten SARS-CoV-2-Patienten und gesunden Kontrollen mit hoher Sensitivität und Spezifität unterscheiden.

SARS-CoV-2-Spürhunde könnten damit eine effektive und zuverlässige Alternative bzw. Ergänzung zum regulären RT-PCR-Screening-Test sein. Dies gilt insbesondere für Länder mit geringem Zugang zu diagnostischen Testungen. Des Weiteren könnte der  Einsatz von trainierten Spürhunden an Flughäfen, Grenzen oder an Massenveranstaltungen als Ergänzung zu Labortests genutzt werden und damit eine weitere Verbreitung der Pandemie verhindern.

Da diese Pilotstudie zahlreichen Einschränkungen unterlag, sind zukünftige Untersuchungen notwendig, um das Potenzial und die Grenzen für den Einsatz von Spürhunden zum Nachweis von Viruserkrankungen beim Menschen besser zu erkennen.

Interview mit Studienleiter Prof. Dr. Holger A. Volk

Die Redaktion der Kleintierpraxis hat mit Holger Volk über diese Pilotstudie gesprochen, die in Zusammenarbeit mit der Bundeswehr, der Medizinischen Hochschule Hannover, dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und der TiHo Hannover publiziert wurde.

Wie kam es zu der Idee, diese aktuelle Pilotstudie umzusetzen?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Wir arbeiten im Feld der Geruchskognitionsforschung beim Hund. Als die Pandemie begann, diskutierten wir in der TiHo, wie wir unser Wissen im Feld der Virologie und der Kognitionsforschung in Synergie bringen könnten, um zu helfen. Die Bundeswehr ist wegweisend in der Ausbildung von Diensthunden und war ein idealer Partner, die Idee in die Tat umzusetzen.

Acht Tage ist eine sehr kurze Trainingsdauer. Sind Hunde tatsächlich so schnelle Lerner bzw. wie aufwendig ist ihre Ausbildung?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Wir haben mit einer besonderen automatisierten „Geruchslernmaschine“ gearbeitet, die spielerisch die Hunde trainiert hat. Die Hunde waren auch keine normalen Hunde, sondern spezialisierte Spürhunde.

Die positiven Proben stammten von Patienten, die schwer krank waren. Kann es nicht auch sein, dass die Hunde eine allgemeine Infektion erschnüffelt haben und nicht zwingend SARS-CoV-2?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Es gibt viele Faktoren, die wir noch genauer beleuchten müssen. Dies war erst eine Pilotstudie. Es gibt jedoch die ersten Studien, die zeigen, dass eine SARS-CoV-2-Infektion einen spezifischen volatilen „Geruchscocktail“ abgibt.

SARS-CoV-2 unterliegt nach BioStoffV der Risikogruppe 3 – wie konnten Sie sicherstellen, dass alle Schutzmaßnahmen eingehalten wurden?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Die Proben wurden unter den gegebenen Schutzmaßnahmen in den Krankenhäusern unserer Kollaborationspartner (Medizinische Hochschule Hannover, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf) gewonnen und dann bei uns an der TiHo im Research Center for Emerging Infections and Zoonoses (RIZ) inaktiviert, bevor sie den Hunden präsentiert wurden.

Die ersten Ergebnisse sind ausgesprochen spannend. Sicher sind schon weitere Studien geplant. Können Sie schon etwas verraten?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Nach einer Studie ist vor einer Studie. Wir werden jetzt versuchen, die von Ihnen schon erwähnten Limitationen der ersten Studie anzugehen.


Originalpublikation:
Jendrny P, Schulz C, Twele F, Meller S, von Köckritz-Blickwede M, Albertus Osterhaus DME, Janek Ebbers J, Pilchová V, Pink I, Welte T, Manns MP, Fathi A, Ernst C, Addo MM, Schalke E, Volk HA (2020): Scent dog identification of samples from COVID-19 patients – a pilot study. BMC Infect Dis 20(1): 536. DOI: 10.1186/s12879-020-05281-3.


Weitere Informationen:
Hier hören Sie Prof. Dr. Holger Volk im Interview mit radioeins (rbb).

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